propuesta metodologica para la delimitacion de

PROPUESTA METODOLOGICA PARA LADELIMITACION DE ÁREAS INUNDABLES Y LA

ESTIMACION DE USOS AFECTADOS ENSISTEMAS DE DRENAJE EFIMERO

Carmelo Conesa Garcíay Yolanda Álvarez RogelUniversidad de Murcia

RESUNIEN

Tras una detallada revisión de los métodos existentes en relación con el análisis ycartografía de riesgos de inundación, se muestra en el presente trabajo unametodología, basada en criterios hidrológicos e hidráulicos, que permite delimitaráreas inundables bajo diferentes condiciones de corriente, tanto en situacioneshistóricas como simuladas, aplicables a cauces efimeros (ramblas y ríos-rambla). Apartir de un MDE de detalle, datos de campo (medidas de geometría hidráulica,rugosidad, parámetros dinámicos del flujo, etc.), tecnología SIG e implementaciónde programas en Qbasic, se consigue información sobre los puntos críticos dedesbordamiento, la dirección y tiempo de recorrido de las aguas durante el procesode laminación, las zonas y usos del suelo afectados y los sectores más proclives a lainundación. Este modelo se ha aplicado a uno de los sistemas fluvio-torrencialesmás activos de la Cuenca del Segura: el sistema de ramblas Nogalte-Vilerda, ValleAlto del Guadalentín, obteniéndose hasta el momento buenos resultados.Palabras clave: Peligro de inundación, alturas de la corriente, cauces effineros,SIG, parámetros hidráulicos, usos del suelo.

ABSTRACT

Next to a detailed revision about the existent methods in conection with analysisand cartography of flood risks, this papers shows a methodology that is based onhydrology and hydraulics parameters, which allows to delimit flood areas underdifferent conditions, both historical and simulates events, in ephemeral channels(ramblas and rivers-ramblas'). From a DEM, fields dates (hydraulics geometry,roughness, dinamic parameters of flow, etc.) GIS tecnology and Qbasic programs,it's possible to obtain information about critics overflow points, time and water

NIMBUS, N° 11-12, 2003, ISSN 1139-7136, págs. 107-127

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direction in lamination, areas and landuses affected by damages and proned tofloods. This model has been applied to one of the more active fluvio-torrentialsystem in Segura Basin: Nogalte-Vilerda system, Guadalentin High Valley', withgood results.Key words: Flood risk, flow level, ephemeral channels, GIS, hydraulics parameters,landuses.

INTRODUCCIÓN

La investigación actual en hidrología e hidráulica cuenta con una sólida baseconceptual asentada desde principios del siglo XIX, hecho que ha permitido la rápidaincorporación de nuevas técnicas de procesamiento y análisis de la información. LaTeledetección y los Sistemas de Información Geográfica ha contribuido a acelerar losprocesos de análisis, desarrollar modelos espaciales más complejos y ejecutar con mayorprecisión y ahorro de tiempo los métodos convencionales. El problema que se plantea enel presente artículo, la delimitación de áreas inundables, ha sido objeto de atención ennumerosos estudios, existiendo una amplia variedad de metodologías basadas en teoríashidrológicas o modelos estrictamente hidráulicos. La modelización en sistemas de drenajeefímero, propios de medios áridos y semiáridos, requiere considerar ambas concepciones.Sin embargo, la falta de información hidrometeorológica en determinadas zonas obliga aescoger la modelización hidráulica, apoyada en datos experimentales de campo (radiohidráulico de la corriente de avenida, pendiente longitudinal del lecho y pendiente motrizdel agua, coeficiente de rugosidad,...). Ésta ha sido la opción aquí adoptada: la determina-ción de puntos críticos de desbordamiento, a partir de parámetros hidráulicos referidos alcauce principal y llano de inundación, y la definición de áreas con peligro de inundación,segŭn las •trayectorias de laminación preferentes estimadas con ayuda de un modelodigital de elevaciones.

El análisis de alturas referenciadas al talweg y la parametrización hidrológica enrelación con las características geométricas del cauce han sido realizados a través deIDRISI, Ver.32, sistema de información geográfica y de procesamiento de imágenesdesarrollado por el Graduate School of Geography, Clark University. La cartografía deáreas potenciales de inundación, así obtenida, reviste gran interés para determinar los usosdel suelo anegados segŭn el nivel de las aguas de avenida y valorar la importancia de cadasuceso en términos económicos y sociales, pudiendo constituir un aspecto de especialrelevancia para la planificación territorial.

ESTUDIOS SOBRE ZONIFICACIÓN DEL PELIGRO DE INUNDACIÓN, ESTADODE LA CUESTIÓN

En cualquier programa de previsión y control de los peligros de inundación losestudios convencionales de detalle resultan demasiado costosos, por lo que recurrir a laautomatización del proceso de identificación de áreas inundables medianteTeledetección y SIG puede ser especialmente ŭtil. A partir de un MDE se obtieneinformación morfológica relevante de la cuenca que puede conjugarse con la de otras

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coberturas (hidrología, hidráulica, vegetación, usos del suelo, etc.), de particular interéspara analizar su capacidad de interrelación e influencia en los procesos de riesgo deinundación. La resolución del MDE y, por tanto, la definición de las áreas potencialmenteinundables depende de los mapas topográficos convencionales y de las imágenes desatélite empleadas, de manera que no siempre es posible obtener buenas delimitaciones,como sería deseable, para determinadas aplicaciones (POU, Seguros, etc.).

El uso de sistemas de detección remota en el seguimiento de inundaciones está a ŭnescasamente explotado. Los usuarios potenciales no están familiarizados con los procedi-mientos para obtener datos de satélite, procesar e interpretar las imágenes. La AgenciaEspacial Europea (ESA) dispone de dos satélites (ERS1 y ERS2), dotados de un rádar deapertura sintética (SAR), que pueden suministrar información independientemente de lascondiciones climáticas y de iluminación de la zona. Sin embargo, para mostrar con mayorfacilidad las áreas inundadas suele aplicarse la técnica multitemporal, que utiliza elblanco y negro de las imágenes de radar de una misma área, tomadas en diferentes fechas,y les asigna los colores rojo, verde o azul. El resultado de una imagen multitemporal revelaclaramente el cambio en la superficie de la Tierra por la presencia del color que larepresenta (el tono y la intensidad del color indican la fecha y el grado del cambiorespectivamentel).

Los mapas de inundaciones y peligros de inundación han sido com ŭnmente elabora-dos con datos de aeronaves y satélites, sobre todo relativos a las bandas visible e infrarroja(DEUTSCH, 1974). Con menor frecuencia se utilizan los datos de infrarrojo térmico paracartografiar áreas inundables (WIESNER et al., 1974 y BERG et al., 1981). También escorriente el empleo de fotografías aéreas digitalizadas, en color infrarrojo, para clasificar lavegetación propia de estas áreas (HARKER y ROUSE, 1977), y, en ocasiones, resultaespecialmente ŭtil combinar los datos digitales Landsat con los datos digitales deelevación para establecer relaciones etapa-área de las zonas inundables.

La selección de datos es un requerimiento crítico, pero generalmente subestimado,para el uso efectivo de imágenes de satélite en las evaluaciones del peligro de inundación.Entre los sistemas de sensoramiento y satélites más recurridos en este sentido se encuen-tran el TM en el Landsat 4 y 5 y el HRV en el Spot. En concreto, la información Landsat5TM ha tenido y sigue mostrando gran aplicabilidad en el análisis cualitativo ycuantitativo de la cobertura hídrica y de los usos del suelo (grado de impermeabilidad),realizado para la calibración de modelos hidrológicos. Puede citarse, en este caso, lametodología adoptada por GIRAUT (1992) para determinar la evolución de la cubiertahídrica superficial en sucesos de inundación, o por GIRAUT et al. (1998) en su estudio deinundaciones recientes en el Noreste de la Repŭblica Argentina.

Por su parte, la tecnología SIG (Sistemas de Información Geográfica), debido a su grancapacidad de integración, análisis y gestión de la información espacial, está jugando unpapel cada vez más importante en todos los ámbitos de planificación territorial(HORCAJADA et al., 2000; CONESA GARCÍA, 2003). La delimitación de zonas conprobabilidad de inundación y de riesgos asociados es uno de los objetivos prioritarios enlos actuales Planes de Ordenación del Territorio, lo que, unido a las m ŭltiples posibilida-des que brindan los SIGs en la modelización hidrológica, han convertido esta herramientade análisis en un instrumento de eficacia ampliamente reconocida en los medios científi-cos y políticos.

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Para estimar los niveles de inundación de una avenida correspondiente a determina-dos períodos de retorno se realizan normalmente dos tipos de análisis: 1) hidrológicos,basados principalmente en la construcción de hidrogramas de avenidas con distintosperíodos de retorno; 2) hidráulicos (parámetros dinámicos como la velocidad y la energíade la corriente, geometría hidráulica, rugosidad, etc.), relacionados con el régimenhidrológico, el modelo del terreno (incluidos los obstáculos existentes, como vías decomunicación, conducciones de riego,...) y los usos del suelo.

El primer tipo de análisis es abordado desde ópticas muy diferentes, mediantemodelos empíricos, basados en relaciones estadísticas entre las entradas y las salidas(CONESA GARCÍA y ALONSO SARRÍA, 1997), modelos conceptuales, que relacionanun nŭmero reducido de componentes del sistema, a través de parámetros calibrados condatos reales (hidrograma unitario de SHERMAN, 1932; hidrograma unitario instantá-neo' -IUH- de NASH, 1960; hidrograma unitario instantáneo geomorfológico' -HUIG-, deRODRÍGUEZ-ITURBE y VALDÉS, 1979, modificado por ROSSO, 1984), y modelosdistribuidos o de base física, que consideran la cuenca como un sistema distribuido yvariable respecto al tiempo y al espacio, representando los procesos hidrológicos median-te ecuaciones diferenciales o métodos empíricos que incluyen parámetros de tipo físico.

El análisis hidráulico se fundamenta, en cambio, en la consideración de parámetrosintrinsecos a la corriente, condicionados por factores medioambientales del sistemafluvial, de manera que tiene una aplicabilidad directa a los estudios y diseños deinfraestructuras hidráulicas.

Recientemente se han realizado numerosos estudios sobre los rasgos hidrológicos dedistintas superficies de terreno a partir de modelos digitales de elevación. Unas de lasrutinas más conocidas en este sentido son las desarrolladas por Sue Jenson en el U.S.Geological Survey (JENSON y DOMINGUE, 1988; JENSON, 1991). Se trata de rufinasbasadas en un modelo "por-point", en el que el agua localizada en un pixel fluye hacia elmás bajo de los ocho pixeles adyacentes (cuatro en los ejes de coordenadas y cuatro en losdiagonales). Siguiendo la trayectoria del movimiento simulado del agua, de pixel a pixel,se trazan los accesos hipotéticos de la corriente; a partir de ellos, pueden establecerse loslímites del área de drenaje. Esta aproximación es ŭtil para estudiar superficies vertientes enáreas rurales, pero, en cambio, tiene una utilidad muy limitada en zonas urbanas, en la quela interposición de edificios y calles impiden la trayectoria recta en dirección aguas abajo,tal como requiere la aplicación de dicho modelo. La orden WATRSHED de IDRISI permiterealizar este tipo de operaciones a partir de imágenes de orientación previamente creadasmediante el comando «aspect» del módulo SURFACE. CONESA et al. (1996) hanempleado esta opción para delirrŭtar áreas de drenaje relacionas con tramos de desborda-miento en la rambla de Nogalte (Cuenca del Segura).

Un avance importante ha sido la integración de SIGs con modelos de flujos desuperficie/subsuperficie, como el FESHM (Finite Element Storm Hydrograph Model)(SHANHOLTZ et al., 1990), el ANSWERS (Areal Nonpoint Source WatershedEnvironment Response Simulation) (ENGEL et al., 1991) y el AGNPS (Agricultural Non-Point Source Pollution) (PANUSKA et al., 1991). En este línea, ALONSO SARRÍA (1995)utiliza IDRISI para realizar una caracterización hidromorfológica de la cuenca de RamblaSalada (Murcia). En su estudio define tres módulos de información (módulo de precipita-ción, de interceptación-infiltración y de escorrentía) para generar un modelo de conver-sión lluvia-escorrentía. Como modelo de respuesta hidrológica de la cuenca adopta el

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Hidrograma Unitario Instantáneo y como función proceso-respuesta el modelo de Nash ofunción gamma de dos parámetros, estimados a partir de las característicasgeomorfológicas introducidas en el SIG.

Los parámetros hidráulicos de tipo dinámico (velocidad, energía de la corriente,pendiente motriz de la lámina de agua,...) pueden obtenerse con relativa facilidad encorrientes de régimen permanente, dotadas de instrumental de medida adecuado(aforadores, sensores de medición de velocidades primarias y secundarias, etc.), mientrasque los datos de geometria hidráulica y rugosidad se adquieren de forma más directa encauces de régimen eflmero, que permanecen secos la mayor parte del ario. El conocimientode estos parámetros a través de trabajo de campo y la documentación existente permiteestimar los caudales de desbordamiento en tramos no aforados y, con ayuda de lainformación derivada del MDE, fijar los limites de la zona inundada.

El objetivo principal de la modelización hidráulica es convertir los caudales enlímites y calados de la zona de inundación. Con tal fin, el Departamento de IngenieríaHidráulica y Medio Ambiente de la Universidad Politécnica de Valencia (DIHMA), en suestudio Delimitación del riesgo de inundación a escala regional en la ComunidadValenciana (1997), basa la modelización hidráulica en varias hipótesis: 1) hipótesis deflujo uniforme para la obtención de la lámina de agua; 2) consideración de la curva deremanso en condiciones de control o secciones con fuerte pérdida de energía; 3) adopciónde la fórmula de Manning (v = 1/n R213 5112) como ecuación de pérdidas de energía. Parainundaciones históricas en torno a las cuales existe abundante documentación, queincluyen datos de naturaleza física especialmente relevantes (alturas del agua, espesor detarquines, usos del suelo afectados,...), pueden deducirse las variables hidráulicas necesa-rias para lograr una mejor estimación de caudales. De hecho, la amplia información de laVega Baja del Segura recogida en la Memoria sobre efectos causados en la provincia deMurcia por la inundación de los días 14 y 15 de octubre de 1879' ha permitido a CALVOet al. (2001) aplicar diversos procedimientos empíricos para el cálculo de caudalesmáximos en este tramo durante dicho suceso histórico. En la actualidad, la complejamorfología rural de las llanuras de inundación, a menudo caracterizada por una densa redde acequias y vias de comunicación, dentro del ámbito mediterráneo, provoca que elcomportamiento hidráulico de estas zonas tenga un fuerte carácter bidimensional. Éste esel caso de la plana' inundable del Jŭcar, cuyo complicado esquema de flujo ha sidosimulado en los ŭltimos arios con el modelo matemático GISPLANA, que simula laevolución espacio temporal de niveles de inundación y caudales en los distintoselementos en que se discretiza la zona de estudio.

Una metodología sencilla y bastante operativa, muy utilizada en las previsiones de lasadministraciones locales, se basa en la obtención de alturas relativas sobre el nivel de baselocal del talweg y la aplicación de modelos hidrológicos e hidráulicos. En esta línea sehallan los trabajos de GARCÍA MANRIQUE y GALACHO JIMÉNEZ (1992), quecombinan ARC/INFO con el Modelo Digital del Terreno "Quick-Sulf. GenericContouring Utility" para Autocad, extrayendo así las alturas relativas sobre el lecho delrío Guadalhorce a su paso por el sector oeste de Málaga. CONESA GARCíA et al. (1996)proponen una metodología, basada en el uso de IDRISI y de programas adicionalesdesarrollados en Qbasic, para la definición de áreas inundables bajo diferentes supuestosde altura. HORCAJADA et al. (2000) emplean un procedimiento parecido para elaborar elmapa de zonas inundables en la cuenca del Barranco de Aguajilva (Este de La Gomera). Y

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álk112 luno

LIARTE CUENCA DEL SEGURAJ'

ri

PUER1k)LUMEM'ERA

MEDITERRANE0

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ETXEBERRIA RAMIREZ et al. (2002) combinan los SIGs con los modelos HEC-HMS yHEC-RAS. Una buena recopilación de trabajos sobre modelización hidrológica, queponen de manifiesto las variadas posibilidades de los SIGs en la identificación, valoracióny planificación de este tipo de riesge,s, puede encontrarse en el lihrn editnrin pnrGOODCHILD et al. (1993) Environmental Modeling with GIS', y en el WorkbookApplications in Hazards Assessment and Management (EMANI, Ed., 1994).

WL/Delft Hydraulics ha desarrollado un Sistema de Información Hidrometeorológicay Ambiental avanzado (HYMOS), con módulos de análisis de altura-caudal, que incluyenla elaboración y validación de los datos de aforo directo, los cálculos y validación de lascurvas de gasto. Éstas pueden representarse mediante funciones parabólicas o ecuacionesde tipo potencial con el fin de obtener datos de caudal y a partir de ellos niveles de agua.

METODOLOGIA APLICADA AL SISTEMA DE RAMBLAS NOGALTE - VILERDA:UNA PROPUESTA METODOLOGICA PARA CAUCES EFIMEROS

Área de estudio. El sistema fluvial elegido para aplicar la metodología propuesta eneste estudio es un sistema complejo compuesto por dos unidades o cuencas de drenajeaparentemente independientes (cuencas de las ramblas de Nogalte y Vilerda), cuyofuncionamiento conjunto puede tener efectos imprevisibles en sus tramos inferiores.Ambas terminan uniéndose en la zona distal del abanico aluvial que drenan, dando aquíorigen a un sector de alto riesgo de inundación (figura 1). Por la situación que tienendentro de la zona interior de las Cordilleras Béticas, muestran gran similitud morfológicay litológica. Su área vertiente (139 y 82 km 2 respectivamente) consta de dos partes biendiferenciadas: una extensa cabecera, de relive apalachense, con predominio de conglome-rados, filitas y micaesquistos, sobre la que se ha desarrollado una densa red de drenaje (9kms/km2) (RUIZ GARCIA, 1983), y un tramo bajo, labrado en formaciones aluvialescuaternarias tipo abanico', que se extienden hasta el fondo del Valle Alto delGuadalentín.

Figura 1: Localización del área de estudio en la Cuenca del Segura

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La extraordinaria energía y capacidad erosiva de los flujos de avenida en las zonas decabecera da paso, al penetrar en la Depresión Prelitoral del Guadalentín, a un complejosistema sedimentario, donde alternan montículos marginales de cauce, compuestos porarenas y gravas, y sectores de inundación formados por materiales finos (CONESAGARCÍA et al., 1994). Por otra parte, el carácter tectónico activo del flanco norte de la fosadel Alto Guadalentín contribuye al fuerte aluvionamiento de las tierras bajas del sistemaNogalte-Vilerda y explica la naturaleza aulacógena del modelo sedimentario en estazona.

Cartografi'a base y datos de campo. Como información fuente se ha utilizado laobtenida por digitalización a partir de mapas topográficos de gran escala y medicionesdirectas en el campo (datos sobre geometría hidráulica, granulometría de los materiales delecho, etc.). A través de un entorno CAD se han digitalizado las curvas de nivel de losplanos de líneas, 1/5000, 1-5, 1-6, 2-5, 3-5, 2-6 y 3-6, pertenecientes a la Hoja 975 delM.T.N. (Comunidad Autónoma de la Región de Murcia, Consejería de Política Territorialy Obras Pŭblicas, 1988). Una vez rasterizadas en IDRISI, se obtiene por interpolación decotas un modelo digital del terreno con resolución de 5 m por pixel.

Obtención de alturas relativas sobre el nivel de base fluvial. Dado el trazadorectilíneo y la orientación ONO-ESE de la rambla de Nogalte, aguas abajo de PuertoLumbreras, y O-E de la rambla de Vilerda en su tramo bajo, el procedimiento adoptadopara calcular las alturas respecto al lecho de cualquiera de estos cursos, consiste en restara las altitudes representadas en cada columna de la imagen la parte de deriva correspon-diente al desnivel longitudinal del talweg, o sea la altitud mínima del cauce en suintersección con la columna en cuestión, tomada como valor constante para el resto depixeles de la misma. Para ello se han desarrollado dos programas en Qbasic que puedenimplementarse como subrutinas ejecutables desde IDRISI (cuadro 1). La primera permiteextraer, a partir de la imagen de altitudes (figura 2), un fichero vectorial constituido poruna ŭnica hilera de valores, cada uno equivalente al mínimo absoluto registrado en cadauna da las columnas de la imagen. En su estructura se incluye un bucle FOR-NEXT, queejecuta la instrucción x < id (siendo x e id los valores de dos pixeles consecutivos) tantasveces como filas tiene la imagen (800 en el ejemplo del cuadro 1). La segunda subrutinautiliza los datos del fichero vectorial así creado para extender el valor mínimo de cadacolumna a todos sus pixeles, lo que se consigue mediante un nuevo bucle FOR-NEXT, quegenera las mismas columnas que la imagen original o de partida, cada una de ellasintegrada por el mismo valor digital en todas sus celdas (debido a la repetición del valornŭnimo extraído en la fase anterior).

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< 410

410 - 420

420 - 430

430 - 440

440 - 450

450 - 460

460 - 470

470 - 480

480 - 490

490 - 500

> 500

rn

1 ,46

CLSficinput$ = "c:\nogalte\altitud.img "ficoutput$ = "c:\nogalte\talweg.vec "OPEN ficinput$ FOR INPUT AS #1OPEN ficoutput$ FOR OUTPUT AS #2id = 999DO WHILE (NOT EOF(1))INPUT #1, id

FOR i = I TO 800IF i > 1 THENINPUT #1, xIF x < id THEN SWAP id, xEND IFNEXT iPRINT #2, id

LOOPCLOSE #1END

(a)

CLSficinput$ = "c:\nogalte\talweg.vec "ficoutput$ = "c: \nogalte \derivaimg"OPEN ficinput$ FOR INPUT AS #1OPEN ficoutput$ FOR OUTPUT AS #2id = 999: num = 800DO UNTIL id = 0

INPUT #1. idFOR i = 1 TO numPRINT #2, idNEXT i

LOOP: CLOSE #1

(b)

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Figura 2. Mapa de altitudes relativas. Tierras bajas del Sistema de drenaje Nogalte-Vilerda.

Cuadro 1. Programas elaborados en Qbasic para la obtención de la imagen de cotas base, asimiladasa la altitud del talweg en cada punto de su recorrido: (a) subrutina que permite extraer las cotas

minimas de cada columna, creando un fichero vectorial; (b) subrutina que convierte dicho ficherovectorial en la imagen de cotas base

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(b)

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El resultado final es una imagen de "cotas base", que disminuyen gradualmente haciael Este, de acuerdo con el sentido general de la pendiente y la dirección de la corriente(figura 3). Visto en perspectiva isométrica, el MDE representa una rampa o planoinclinado, el mismo que es necesario sustraer a la imagen de altitudes para obtener laimagen de alturas referenciadas a los niveles de base locales del lecho topográficamentemás bajo (figura 4). De esta forma, son asumidas las variaciones locales existentes a lolargo del perfil y disminuye la probabilidad de error en la obtención de cotas referenciadasal lecho.

Dado que el sistema de drenaje Nogalte-Vilerda se compone de dos colectoresprincipales independientes situados a distinta altitud (el lecho de la rambla de Nogalte sehalla más alto que el de la rambla de Vilerda), el análisis por separado de cada uno de ellos(la identificación de sus tramos de desbordamiento y la adopción de su talweg comoelemento de referencia para extraer la alturas relativas de la zona) ha sido realizadomediante máscaras que discriminan un subsistema de otro. De esta forma puedendelimitarse áreas inundables, bajo diferentes supuestos de altura del agua, dependiendo deque actŭe uno u otro subsistema, o ambos a la vez.. Las imágenes resultantes sonreclasificadas segŭn diferentes situaciones de flujo, atendiendo básicamente al nivel deagua alcanzado en secciones de geometría hidráulica conocida, próximas a los puntospotenciales de desbordamiento.

m

1391 M396401405410415420425430434439444449454458463468

(a)

Figura 3. Imagen de cotas base equiparada a los niveles de base locales del talweg de Vilerda (a) yperspectiva isométrica (b).

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14 m

mm

crl0,000,310,630,941 ,251 ,561 ,882,192,502,813,133,443,754,064,384,695,00

116

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m1 -0,496,3513,1920,0426,8833,7240,5747,4154,2561,1067,9474,7881 ,6388,4795,31102,16109,00

k,mIlli~•~11,40

Figura 4. Mapas de alturas respecto al lecho de la rambla de Vilerda correspondientes al sistemaglobal Nogalte-Vilerda (izquierda) y al subsistema de Vilerda (derecha)

Modelización hidrológica. Los caudales máximos instantáneos correspondientes asucesos hidrológicos simulados y reales (avenidas históricas) pueden deducirse aplicandola fórmula de Chezy-Maning, V = (1/n)xR2" x S 2 , a partir de los niveles de aguaalcanzados en cada caso, siendo i el coeficiente de rugosidad del lecho, R el radiohidráulico y S la pendiente longitudinal del cauce. Para ello, los datos de geometríahidráulica obtenidos con PROFILE deben complementarse necesariamente con medicio-nes en el campo (granulometría de los materiales de lecho, altura de la lámina de avenida,etc.).

La determinación de las alturas o niveles críticos de desbordamiento se ha realizadosuperponiendo la imagen «watrshed» a la de alturas relativas al lecho, operación quepermite localizar, a lo largo de la línea divisoria de ambas áreas de drenaje (áreadesbordable y área inundable), las cotas topográficas mínimas que las separan. Estas cotasson representadas a través de la orden PROFILE, obteniendo perfiles de secciones lateralesal cauce (SL1, SL2, SL3 y SL4), por las que serán laminados gran parte de los caudales deavenida. La altura máxima asignable a la corriente evacuada por estas secciones depende-rá de las situaciones de flujo simuladas en cada momento. Una vez establecidos los nivelesmínimos de desbordamiento, se deduce la capacidad máxima de desagtie de la rambla encada punto de su recorrido. Como secciones de referencia se han tomado los perfiles inicial(STI) y final (STF) del cauce, a fin de controlar la relación altura-caudal de la corriente a lolargo del tramo seleccionado e inmediatamente aguas abajo (fig. 5).

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- Dirección de tlujo

0 - 0,5 m. 1,5 - 2,0 m

0,5 - 1.0 m 2,0 - 2,5 m

1.0 - 1,5 m 2.5 - 3,0 m

Figura 5. Localización de las secciones transversales analizadas con PROFILE y trayectorias deflujo preferenciales durante las avenidas

El caudal que circula por el cauce de la rambla, mas el que se desborda por lassecciones laterales tipo «portillo», condiciona la altura del flujo y, por tanto, la superficiedel área mojada y el radio hidráulico global. Conociendo la altura alcanzada en avenidashistóricas o con tiempos de retomo específicos, pueden calcularse los caudales parcialescorrespondientes a los mismos, siempre que se disponga de un MDE preciso y se minimiceel error derivado del empleo de n (factor de fricción) en las ecuaciones de velocidad(CONESA GARCÍA et al., 1996).

La energía potencial liberada por la corriente en su descenso es disipada por fricciónen el lecho y márgenes del cauce, lo que confiere al factor rugosidad una importanciadecisiva en la estimación de la velocidad. El cálculo de este factor (n) reviste por lo generalcierta dificultad. En los tramos de rambla estudiados, la forma y granulometría de losdepósitos que configuran el lecho aconsejan la utilización de modelos como el de CHOW(1959), basado en ecuaciones de distribución de velocidades en cauces rugosos:

(x-Dyi"n =

6,78 (x +0,95)1

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donde x es la velocidad medida a 0,2 la profundidad de la corriente (y) I velocidad a 0,8.Como alternativa puede emplearse la expresión logarítmica desarrollada por el mismoautor:

(R/x )1"

21,9 log(12,2 R/K) K"

en la que K es el tamaño correspondiente al 65 percentil de las partículas sedimentarias dellecho (d65) y R, el radio hidráulico. A falta de mediciones directas de velocidad, se haadoptado la ecuación logarítmica y la tabla de rugosidad propuesta por CHOW (1959), enla que n depende de las características granulométricas del lecho, las dimensiones y formadel cauce, tipo de trazado, vegetación, etc.

Aplicando la fórmula de Manning a los datos de niveles de agua proporcionados porel Ayuntamiento de Puerto Lumbreras o deducidos de fotografías, se han estimado loscaudales máximos instantáneos de las avenidas de Octubre de 1973 y Septiembre de 1989.El mismo procedimiento ha sido empleado para definir las áreas de inundación, a partir deniveles catalogados como «críticos». En cambio, para simular situaciones previsibles paraun detenninado período de retorno (Tr) en la rambla de Nogalte, se han adoptado lasalturas de los caudales-punta de avenidas obtenidos por ASISTENCIA TÉCNICAELSAMEX (1995) para Tr de 100, 500 y 1000 años (1305, 1866 y 2100 m 3/s respectiva-mente).

Para calcular los tiempos de concentración de la escorrentía (7) en cada una de lasáreas definidas con WATRSHED se ha empleado la fórmula-promedio de Basso, Kirpich,Instrucción de Carreteras y California: Te = 0,067 x L' 3" x H-°385 , donde L es la longituddel cauce y H su desnivel absoluto, ambos expresados en kms. L se calcula a través de lafunción DISTANCE de IDRISI, que utiliza una ecuación de distancia euclidiana, Dth =[(x”-xb)2 +(y,jyy105 , en la que x e y son las coordenadas rectangulares que separan lospuntos a y b (BOSQUE SENDRA, 1992). Como pixeles de referencia se seleccionan losque ocupan las tierras más bajas de la cuenca o los puntos de desag ŭe, dando dos mapas dedistancias con los que se combinan los mapas de desniveles deducidos a partir del modelodigital del terreno. Basta entonces con aplicar SCALAR para elevar LyHa sus exponentesrespectivos y combinar la información digital de los mapas resultantes (pixel a pixel)mediante la opción «multiplicar» de OVERLAY.

Estimación de usos del suelo afectados. Los usos del suelo son digitalizadosutilizando como base cartográfica los polígonos catastrales, escala 1:5.000, pertenecien-tes al Catastro de Rŭstica de la Comunidad Autónoma de Murcia. Cada parcela ysubparcela se relaciona con su correspondiente uso, generando una imagen raster en la queaparecen reflejados un total de catorce usos del suelo. Esta imagen se superpone, medianteun proceso de overlay, a tres imágenes "booleanas" donde se delimita la superficieafectada por cada uno de los niveles de corriente considerados (1,5 my2my3 m). Elposterior empleo de la orden "area" del módulo "Database query" permite extraer lassuperficies de los distintos usos afectados.

Tomando como base las imágenes de usos así generadas se procede a sureclasificación segŭn criterios previamente establecidos, agrupando los catorce usos en

n = 2

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PROPUESTA METODOLOGICA PARA LA DELIMITACIÓN DE ÁREAS INUNDABLES Y 119

cinco categorías: 1) almendro de secano, labor secano y pastos; 2) almendro regadío, olivoregadío, agrios regadío e invemaderos; 3) ramblas, barrancos e infraestructuras de regadío;4) zona urbana, vías de comunicación y construcciones de tipo disperso; y 5) labor regadíoy otros frutales de regadío.

RFSULTADOS Y DISCUSION

Aguas abajo de Puerto Lumbreras, la rambla de Nogalte queda limitada por dosinterfluvios de diferente extensión y altura. El interfluvio septentrional se caracteriza poruna posición topográfica más alta, mayor pendiente (>10 %) y menor probabilidad deinundación, mientras que el meridional constituye un umbral discontinuo, de alturasmodestas, inferiores a los 2,7 m respecto al lecho actual. Al sur de dicho umbral se extiendeel área de Las Labores, a donde fluyen, en época de avenidas, las aguas desbordadas de lasramblas de Nogalte y Vilerda. Su superficie vertiente, calculada con el móduloWATRSHED en tomo a 320 Has, se halla flanqueada al 0 y E por elevaciones del terrenoque represan el flujo, incrementando el peligro de inundación en dicha zona. Los tiemposmáximos de concentración con los que estas áreas contribuyen a la escorrentía en sussectores más deprimidos son de 27 minutos a lo largo del tramo de rambla y de 35 minutosen el paraje de Las Labores. Cuando se producen grandes avenidas, laminadas lateral ylongitudinalmente, estos tiempos de concentración terminan igualándose en el extremosuroriental del citado paraje.

- Alturas y caudales de inundación

A su paso por Puerto Lumbreras, el encauzamiento de la rambla con muros de más de5 m de altura protege al nŭcleo urbano contra las avenidas. Estimando, en este tramo, unnivel de agua, segŭn la zona de lecho afectada, para caudales de tiempos de retomo de 100y 500 años, y adoptando la ecuación de Manning, con pendiente S = 0,019 y uncoeficiente de rugosidad n = 0,045 (propio del material del lecho), deducido de las tablasde CHOW (1959), resulta para el cauce principal:

Tr(años) hmed(M) A(M2) Rh(m) Q(mijs)

Sec.promedio —100 2,8 224 2,62 1297(encauzam.) —500 3,5 280 3,22 1859

Aguas abajo de Puerto Lumbreras, la rambla experimenta un ensanchamiento progre-sivo de su cauce, al tiempo que atraviesa un amplio abanico aluvial, originado por suspropios aportes torrenciales. El cuerpo de este abanico presenta.un perfil diferente a uno yotro lado de la rambla, más suave y rebajado en la zona sur, y más convexo y compacto enla franja norte. Esta disposición, observada en el MDE se explica por la dinámicamorfosedimentaria del área durante el Cuatemario, ligada a desplazamientos sucesivos decorrientes generalmente poco confinadas en cauces. De hecho, la rambla de Nogalte, alentrar en los terrenos cuaternarios, ha sufrido, al cabo de dicho período, una migraciónhacia el S (entre 1 y 6 kms seg ŭn los puntos), tras el desarrollo de un extenso cono detrítico

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120 CARMELO CONESA GARCÍA, YOLANDA ÁLVAREZ ROGEL

por su margen izquierdo y la menor competencia a la erosión de las margas tortoniensesfrente a sus propios acarreos en el flanco sur (CONESA GARCÍA et al., 1994). En estemargen se localizan los tramos más vulnerables al desbordamiento. Se trata de seccioneslaterales con perfil cóncavo, que ocupan posiciones más bajas cuanto mayor es ladistancia recorrida en la dirección del flujo, a través de las cuales se conectan las aguasprocedentes de Nogalte con las de Vilerda.

Las cotas mínimas que definen estos tramos de desbordamiento (portillos) son 2 mpara la sección SL1, 1,6 m para 5L2, 0,9 m para SL3 y 0 m para 5L4, y el nivel mínimonecesario para cubrirlos en su totalidad se sit ŭa en torno a los 2,6 m. 0 sea, manteniéndoseuniformemente por encima de este umbral, la lámina superficial de agua sería continuadesde Puerto Lumbreras hasta Las Labores. Sin embargo, tal circunstancia es pocoprobable en la mayoría de los sucesos, dada la enorme capacidad de laminación de losportillos SL3 y SL4.

En el cuadro 2 se muestran los parámetros de geometría hidráulica, que intervienen enel cálculo de caudales-punta laminados a diferentes niveles, los mismos que han sido yadescritos como umbrales críticos. Como datos de caudal figuran aquéllos que para unaaltura determinada serían capaces de evacuar las secciones de control. Lógicamente, elcaudal desbordado a través de una sección lateral estará condicionado por los caudalesregistrados aguas arriba y la capacidad de drenaje de las secciones precedentes. Así, porejemplo, para que la sección SL4 drene los 742,8 m 3/s que le permite su dimensión al nivelde 1,6 m, es preciso que la laminación de la avenida en la sección STI, situada a la salidadel nŭcleo urbano, se inicie con un caudal superior a 2000 m 3/s y una altura mínima de 3,2m, como ocurrió en la excepcional crecida de Octubre de 1973 (CONESA GARCIA, 1995).Bajo las mismas condiciones de laminación inicial, y simulando un flujo uniforme entre 2y 2,5 m de altura en las primeras secciones, el volumen de agua sangrado por las seccionesSL2 y 5L3 sería suficiente para inundar todo el sector.

Cuadro 2 Parámetros hidráulicos empleados en la estimación de caudales máximos potenciales, apartir de diferentes alturas críticas (0,9, 1,6, 2 y 2,5 m) (Conesa García et al., 1996)

h c Sec. cminw h med A . Rh V

0,9 STI 0,0 135 0,41 55,4 136 0,41 1,60 88,6SL1 2,0 0 0,00 0,0 0 0,00 0,00 0,0SL2 1,6 0 0,00 0,0 0 0,00 0,00 0,05L3 0,9 0 0,00 0,0 0 0,00 0,00 0,05L4 0,0 185 0,48 91,2 186 0,48 1,78 162,3STF 0,0 60 0,37 22,2 60 0,37 1,59 35,3

1,6 STI 0,0 120 1,04 124,8 122 1,04 2,67 333,2SL1 2,0 0 0,00 0,0 0 0,00 0,00 0,0SL2 1,6 0 0,00 0,0 0 0,00 0,00 0,0SL3 0,9 401 0,28 112,3 401 0,28 1,12 125,8SL4 0,0 278 1,02 283,5 280 1,01 2,62 742,8STF 0,0 42 0,72 30,3 43 0,72 2,09 63,3

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2,0 STI 0,0 150 1,18 177,0 152 1,16 2,87 430,5SL1 2,0 0 0,00 0,0 0 0,00 0,00 0,0SL2 1,6 210 0,24 50,4 211 0,24 1,32 66,5SL3 0,9 500 0,58 290,0 501 0,58 1,81 525,0SL4 0,0 278 1,39 386,4 280 1,37 3,26 1236,5STF 0,0 52 0,87 45,5 53 0,87 2,79 126,6

2,5 STI 0,0 150 1,29 194,0 152 1,28 3,07 595,6SL1 2,0 156 0,27 42,1 157 0,27 1,42 59,8SL2 +SL3 0,9 802 1,02 818,0 804 1,01 2,34 1917,0

= altura crítica de desbordamiento (m); crn. = cota n-ŭnima (m); w = anchura del cauce (m);= altura media de la corriente (m); A = área mojada de la sección transversal del cauce (m 2); Pm =perímetro mojado (m); Rh = radio hidráulico (m); v = velocidad de la corriente (m/s); Q = caudalmáximo de desague (m3/s). STI = Sección transversal inicial del cauce en el tramo considerado;SL1 al SL5 = secciones laterales de previsible desbordamiento; STF = sección transversal final delcauce.

Si en STI se registran las alturas y caudales considerados críticos para los portilloslaterales, o sea 88,6 m3/s a 0,9 m de nivel, 333,2 m 3/s a 1,6 m, 430,5 m3/s a 2 m y 595,6 m3/s a 2,5 m, el régimen de flujo variará de acuerdo con las detracciones experimentadas en lostramos de desbordamiento intermedios, no pudiendo superar éstas los caudales quecirculen a su paso. De este modo, si la altura de la corriente en STI es de 2 m y el caudal de430,5 m3/s, SL1 no será alcanzada, SL2 detraerá 66,5 m 3/s y SL3 podrá desalojar unmáximo de 285,4 m 3/s, que resulta de restar a 430,5 m 3/s los caudales correspondientes aSL2 (bajo la misma cota) y los que siguen la dirección del flujo inicial por debajo de lacota mínima de SL3 (88,6 m3/s).

- Usos del suelo expuestos al peligro de inundación

Las áreas susceptibles de inundación, dentro del ámbito estudiado, comprenden lazona sur y sureste de Puerto Lumbreras y las proximidades del curso de Vilerda, quedandoincluidos los parajes de Las Labores, La Umbría, La Moncada y La Islica, con continuidadhasta el Cabezo de la Paja y el Cabezo de las Minas, situados en el extremo noroccidentalde la Sierra de Enmedio.

La vocación agrícola de estas tierras se pone de manifiesto en la parcelación quepresenta el territorio, donde más del 60 por ciento del área total analizada, 1975 hectáreas,está ocupada por terrenos dedicados a la agricultura, predominando los cultivos deregadío (almendros, olivos, agrios, otros frutales y labor regadío) que ocupan más de 925hectáreas. Los propios cauces de las ramblas de Nogalte y Vilerda, junto a lasinfraestructuras destinadas a la conducción de agua, boqueras, acequias y balsas, dibujanel paisaje tradicional de dicha zona.

La margen derecha o septentrional de la rambla de Nogalte presenta unacontrapendiente apreciable (superior al 10 por ciento), que sirve de barrera topográfica a la

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corriente en caso de avenidas, mientras que la izquierda o meridional, dominada por uninterfluvio de escasa altura con tramos rebajados y pendiente suave (portillos laterales),muestra un alto peligro de desbordamiento. La laminación de las aguas desbordadas eneste tramo de la rambla de Nogalte tiene lugar, por tanto, de norte a sur, inundando primeroel sector de Las labores y al poco tiempo La Umbría. Aguas abajo, en dirección Este, laconfluencia de las ondas de avenida de ambos cauces, supone un incremento del riesgoespecialmente para las tierras agrícolas situadas al sur de la rambla de Vilerda.

La elección de los niveles de corriente de 1,5 m, 2 m y 3 m en el tramo encauzado dela rambla de Nogalte a su paso por Puerto Lumbreras y en el tramo medio de la rambla deVilerda, considerados críticos (véase el cuadro 3), permite establecer una serie deobservaciones respecto a la magnitud y tipo de afecciones producidas aguas abajo. Unaumento del nivel del agua de 1,5 a 3 m implica un incremento importante de la superficieinundada, de 244 a 477 hectáreas, o sea un 74 por ciento en tan sólo metro y medio.

El incremento de superficie inundada entre los umbrales de 1,5 y 2 m (73,3 has)corresponde en su mayor parte a terrenos ocupados por almendros de regadío, laborregadío y otros frutales de regadío (38,2 has), que se extienden al sur del nŭcleo urbano dePuerto Lumbreras en la zona suroccidental del abanico aluvial de Nogalte. A pesar de tenermenor probabilidad de inundación que el sector deprimido comprendido entre LasLabores y La Umbría, muestra una mayor vulnerabilidad, por cuanto los usos agrícolasafectados pertenecen principalmente al terrazgo de regadío y la afección urbana y deaccesos crece de forma considerable (figura 6). En concreto aparecen anegados nuevosterrenos urbanos (ocho hectáreas), correspondientes a los sectores meridionales máspróximos al encauzamiento de la rambla de Nogalte, tres kilómetros de carreteras ycaminos, y casi dos hectáreas en las zonas dedicadas a labores de secano. El aumento de laafección en los restantes usos del suelo apenas alcanza una hectárea, con la lógicaexcepción de las ramblas y barrancos, que ocupan 74,7 hectáreas para una altura decorriente de 2 metros. Cuando la altura de la corriente se eleva a 3 metros el frente delaminación de la avenida se prolonga hasta el extremo más meridional del área en estudio,donde enlaza con un sector deprimido próximo a una pequeña elevación, al oeste de laSierra de la Umbría, que favorece el represamiento del agua. Esta trayectoria hacia el Sur,con dirección al Mar Mediterráneo, es la que debió seguir el antiguo cauce de Nogalte aprincipios del Holoceno, como han puesto de manifiesto CONESA GARCÍA et al. (1994)al estudiar mediante sondeos geoeléctricos las facies sedimentarias del Cuaternario en elValle Alto del Guadalentín.

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Zona urbana, sias de comunicación, viviendas yotras construcciones

Labor regadio, otros frutales de reeadio


Figura 7. Áreas de inundación y usos del suelo afectados para alturas de corriente de 1,5 m (a) y 2m (b)

krn

▪ Altnendro secano, labor secano, pastos

Almendro regadio. olivo reeadio. aerios regadio,▪ invemaderos

glaRamblas. barrancos, infraestructuras de reeadio

Cuadro 3: Usos afectados por diferentes alturas de corriente.Ramblas de Nogalte y Vilerda.

h máx =1,5m h. max =2m h. rnix =3m

(has) % (has) % (has) %

57,6 21,0 74,7 21,5 91,7 19,24,3 1,6 12,3 3,5 12,3 2,6

2,1 0,8 2,8 0,8 4,4 0,96,4 2,3 8,3 2,4 32,8 6,92,5 0,9 3,4 1,0 8,7 1,8

58,8 21,5 75,2 21,8 83,7 17,55,8 2,1 6,3 1,8 7,7 1,60,2 0,1 0,4 0,1 0,4 0,10,0 0,0 0,3 0,1 0,3 0,12,9 1,1 7,8 2,2 16,1 3,4

123,4 45,1 143,3 41,3 201,3 42,2

2,9 1,1 3,1 0,9 3,8 0,84,9 1,8 6,4 1,8 10,7 2,22,1 0,8 2,9 0,8 3,1 0,6

273,9 100 347,2 100 477,0 100

Usos del suelo

Randdas y barrancosZona urbanaCultivos de seeanoalmendro secanolabor secanopastosCultivos de re/adíoalmendro regadíoolivos regadíoagrios regaciíoinvernaderosotros frutales regadíolabor regadíoInfraestructuras de riego y viariasinfraestructuras regadíovías de comunicaciOnViviendas y otras construcciones

Total inundado

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Con la elevación del nivel de avenida de 1,5 a 3 metros todos los usos venincrementada considerablemente su superficie inundada, si bien los valores más altoscorresponden a los cultivos de regadío, que pasan de 191,1 a 309,5 hectáreas, ocupando lamayor parte de los terrenos aluviales comprendidos entre las ramblas de Nogalte y Vilerda.El terrazgo de secano pasa de 11 a 45,9 hectáreas, debido al predominio de las labores desecano (cereales) en las nuevas tierras anegadas de los sectores meridionales, sobre todolas situadas al sur de la rambla de Vilerda (La Moncada y La Islica). Las infraestructuras deriesgo y vías de comunicación también sufren un mayor peligro, quedando cortados granparte de los accesos comarcales y vecinales con dirección Este y Sur, en particular losnexos meridionales de la circulación urbana. Por ŭltimo, cabe señalar el extraordinarioriesgo que estos aparatos torrenciales suponen para la población de zonas residenciales ynaves industriales ubicadas en las llanuras de inundación o sectores de derrame(écoulements d'épandage). Las propias boqueras o canales de derivación, diseñadassegŭn la dirección de los flujos de laminación en época de avenidas, constituyen unverdadero peligro cuando la corriente principal alcanza el nivel crítico de tres metrosaguas arriba.

CONCLUSIÓN

El método aquí propuesto para definir áreas de riesgo de inundación tiene una baseconceptual comŭn con otros muchos modelos utilizados para el mismo fin. Sin embargo,difiere en la obtención de determinados parámetros hidráulicos y en la inserción de unmodelo desarrollado en Qbasic para la extracción de alturas a partir de un MDE. Lainformación recopilada directamente en el campo y derivada del MDE se gestiona con unSIG de tipo raster, dando como resultado varios mapas de áreas inundables y usosafectados, segŭn el agua de avenida rebase ciertos umbrales críticos. Esta metodología sebasa en el empleo de parárnetros morfométricos del sistema fluvial y no requierenecesariamente datos de aforo, resultando, por tanto, particularmente ŭtil en áreasvertientes de drenaje efímero. Su aplicación al sistema de ramblas Nogalte-Vilerda hapermitido comprobar la efectividad del método que, en todo caso, admite la ejecución demodelos hidráulicos como el HEC-RAS del Cuerpo de Ingenieros de EEUU y se muestraflexible a la introducción de nuevos parámetros.

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Fecha de Recepción: 1 de Octubre de 2003. Fecha de aceptación: 29 de Octubre de2003.

Nimbus, n° 11-12, 2003

propuesta metodologica para la delimitacion de

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